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Un metodo di progettazione di reti locali con esigenze di qualità del servizio

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Claudio Bortone
Claudio Bortone

Metodologia di progettazione per reti LAN con QoS che ha caratteristiche di ortogonalità rispetto agli strumenti di configurazione e ai produttori degli apparati. Con la metodologia sono forniti anche degli algoritmi che permettono di sfruttare gli ultimi standard per reti locali (come MSTP) in modo da trarne benefici per la QoS.

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Un Metodo per la Progettazione di Reti Locali con Esigenze di Qualità del Servizio Candidato Claudio Bortone Relatore Prof. Giuseppe Di Battista
Perchè QoS su rete locale La dimensione delle reti locali delle grandi organizzazioni è in continua crescita. Aumento della richiesta di convergenza di servizi su questo tipo di rete. È necessario che le reti locali siano in grado di soddisfare i parametri di qualità di ciascun servizio.
Come soddisfare la QoS Overprovisioning: fornisce garanzie nella maggior parte dei casi ma: costosa; di difficile attuazione su reti già deployed; tecniche come il peer-to-peer tendono a esaurire tutte le risorse disponibili. Apparati di rete con meccanismi QoS dedicati come: classificatori e marcatori; schedulatori; …
Tecniche per QoS su rete locale I principali costruttori di apparati di rete forniscono strumenti per la configurazione dei meccanismi QoS che implementano sui propri prodotti: adatti a reti che utilizzano apparati dello stesso costruttore; non sfruttano tutte le potenzialità tecnologiche dei nuovi standard. È necessario lo sviluppo di una metodologia generale per la progettazione di reti locali con QoS.
Obiettivo della tesi Fornire una metodologia generale per la progettazione di reti locali con QoS, che abbia caratteristiche di: ortogonalità rispetto agli strumenti di configurazione forniti dai costruttori di apparati; capacità di sfruttare le innovazioni tecnologiche introdotte con i nuovi standard per reti locali.
Panoramica sulla metodologia La metodologia proposta è composta da tre processi fondamentali: classificazione e marcatura dei pacchetti; instradamento del traffico; gestione dei flussi; Ognuno di questi processi è costituito da un insieme di procedure da applicare in sequenza. Ciascun processo è corredato da strumenti che aiutano il progettista durante la sua esecuzione.
1 – Processo di classificazione e marcatura Obiettivo : rendere la rete capace di distinguere i pacchetti di ciascun servizio. Input : rete LAN, servizi, utenze. Output : configurazione dei meccanismi di classificazione e marcatura dei pacchetti a seconda del servizi e delle utenze.
2 – Processo di instradamento del traffico Obiettivo : sfruttare lo standard 802.1s in modo da trarne benefici per la QoS. Input : topologia e caratteristiche dei collegamenti della rete. Output : configurazione degli alberi ricoprenti della LAN. Questo processo è costituito da 3 procedure: costruzione del grafo equivalente della LAN; instradamento con singolo albero ricoprente; Instradamento con alberi ricoprenti multipli. Analizziamo in dettaglio queste procedure…
2 – Processo di instradamento del traffico: precondizioni Per rendere l’esempio riportato consistente è necessario aggiungere un ulteriore collegamento in modo da creare un percorso alternativo all’unico possibile.
2 – Processo di instradamento del traffico: grafo equivalente La prima procedura di questo processo consiste nella costruzione del grafo equivalente della rete in cui a ciascun nodo è assegnato un costo; a ciascun arco sono assegnate 2 capacità legate all’attraversamento nei due versi.
2 – Processo di instradamento del traffico: instradamento con STP La seconda procedura consiste nel calcolare e configurare sulla rete l’albero ricoprente minimo con flusso ammissibile, cioè in grado di garantire la QoS .
2 – Processo di instradamento del traffico: instradamento con MSTP La terza procedura consiste nel calcolo di alberi ricoprenti multipli per bilanciare il traffico, è necessario il supporto a MSTP
3 – Processo di gestione dei flussi Obiettivo : regolazione e modellazione dei flussi in ingresso e schedulazione dei pacchetti in uscita. Input: caratteristiche dei meccanismi QoS degli apparati e percorso dei flussi. Output: parametri di configurazione dei meccanismi QoS.
Sperimentazione della metodologia in laboratorio Rete costituita da 5 switch Enterasys con le seguenti caratteristiche: classificazione fino al 4° livello della pila ISO/OSI; gestione di marcature DiffServ e 802.1p; supporto a MSTP; 8 regolatori di flussi; schedulatori WFQ (Weighted Fair Queuing). Tre strumenti per la configurazione degli apparati: Enterasys NetSight Console; Enterasys NetSight Policy Manager; CLI (Command Line Interface).
Esempio di applicazione del processo di instradamento del traffico in laboratorio Topologia della rete di laboratorio Singolo albero ricoprente con flusso ammissibile Alberi ricoprenti multipli con flusso ammissibile Grafo equivalente della rete
Conclusioni La dimensione delle reti locali e l’integrazione dei servizi rende necessario l’uso di meccanismi di QoS. Non esiste un metodo universale per la configurazione dei meccanismi QoS. Questo lavoro propone una metodologia di progettazione con le seguenti caratteristiche: indipendenza dagli apparati utilizzati; ortogonalità rispetto agli strumenti di configurazione forniti dai produttori; capacità di sfruttare nuove tecnologie a vantaggio della QoS (es. MSTP).
Sviluppi futuri L’applicazione sulla rete di laboratorio ha evidenziato alcune problematiche: è necessaria una conoscenza approfondita dei flussi; la configurazione risultante non è adattiva; l’applicazione manuale della metodologia è molto complessa. Una possibile soluzione agli ultimi due problemi consiste in un sistema software che renda automatica l’applicazione della metodologia. In questo modo la configurazione degli apparati potrebbe essere modificata in tempo reale anche in caso di guasti.
Grazie per l’attenzione.

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  • 10. 2 – Processo di instradamento del traffico: grafo equivalente La prima procedura di questo processo consiste nella costruzione del grafo equivalente della rete in cui a ciascun nodo è assegnato un costo; a ciascun arco sono assegnate 2 capacità legate all’attraversamento nei due versi.
  • 11. 2 – Processo di instradamento del traffico: instradamento con STP La seconda procedura consiste nel calcolare e configurare sulla rete l’albero ricoprente minimo con flusso ammissibile, cioè in grado di garantire la QoS .
  • 12. 2 – Processo di instradamento del traffico: instradamento con MSTP La terza procedura consiste nel calcolo di alberi ricoprenti multipli per bilanciare il traffico, è necessario il supporto a MSTP
  • 13. 3 – Processo di gestione dei flussi Obiettivo : regolazione e modellazione dei flussi in ingresso e schedulazione dei pacchetti in uscita. Input: caratteristiche dei meccanismi QoS degli apparati e percorso dei flussi. Output: parametri di configurazione dei meccanismi QoS.
  • 14. Sperimentazione della metodologia in laboratorio Rete costituita da 5 switch Enterasys con le seguenti caratteristiche: classificazione fino al 4° livello della pila ISO/OSI; gestione di marcature DiffServ e 802.1p; supporto a MSTP; 8 regolatori di flussi; schedulatori WFQ (Weighted Fair Queuing). Tre strumenti per la configurazione degli apparati: Enterasys NetSight Console; Enterasys NetSight Policy Manager; CLI (Command Line Interface).
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