Capitolul I

Capitolul I – Prezentarea proiectului MOICANE 1.1

Introducere

Fiecare dintre ultimele trei secole a fost dominat de o anumită tehnologie. Secolul al XVIII-lea a fost secolul marilor sisteme mecanice care au însoţit Revoluţia Industrială. Secolul al XIX-lea a însemnat era maşinilor cu aburi. În secolul XX, tehnologia cheie este legată de colectarea, prelucrarea şi distribuirea informaţiei. Printre alte realizări, am asistat la instalarea reţelelor telefonice mondiale, la invenţia radioului şi a televiziunii, la naşterea şi creşterea nemaivazută a industriei de calculatoare şi la lansarea sateliţilor de comunicaţii. Datorită progresului tehnologic rapid, aceste domenii converg în ritm alert, iar diferenţele între colectarea, transportul, stocarea şi prelucrarea informaţiei dispar pe zi ce trece. Organizaţii cu sute de birouri răspândite pe o arie geografica largă se aşteapta sa poată examina în mod curent printr-o simplă apăsare de buton chiar şi echipamntele lor cele mai îndepărtate. Pe masură ce posibilităţile noastre de a colecta , prelucra şi distribui informaţia cresc tot mai mult, cererea pentru o prelucrare şi mai sofisticată a informaţiei creşte şi mai rapid. Deşi industria de calculatoare este tânară în comparaţie cu alte industrii (de exemplu construcţia de automobile şi transportul aerian), domeniul calculatoarelor a cunoscut un progress specataculos într-un timp scurt. În primele decenii de existenţă, sistemele de calcul erau foarte centralizate, de obicei în interiorul unei singure încăperi. Adesea, această încăpere avea pereţii de sticla prin care vizitatorii se puteau holba la marea minune electronică dinăuntru. O companie de marime mijlocie sau o universitate ar fi putut avea unul sau doua calculatoare, în timp ce instituţiile mari aveau cel mult câteva zeci. Ideea că în mai puţin de 20 de

ani calculatoare la fel de puternice, mai mici decat un timbru poştal, vor fi produse pe scară largă în milioane de exemplare părea desprinsă dintr-un scenariu ştiinţifico-fantastic. Întrepătrunderea dintre domeniul calculatoarelor şi cel al comunicaţiilor a avut o influenţă profunda asupra modului în care sunt organizate sistemele de calcul. Conceptul de “centru de calcul” – în accepţiunea sa de camera unde există un calculator mare la care utilizatorii vin să ruleze programele – este total depăşit. Vechiul model al unui singur calculator care serveşte problemele de calcul ale organizaţiei a fost înlocuit de un model în care munca este facută de un număr mare de calculatoare separate, dar interconectate. Aceste sisteme se numesc reţele de calculatoare. Deosebim în acest context două tipuri de reţele : •

Reţele pentru firme – conduc la o împarţire a resurselor cu următoarele scopuri : 1. disponibilitate

a datelor firmei indiferent de locaţia

geografică în care se află respectiva unitate 2. fiabilitate prin accesul la mai multe echipamente de stocare

alternative 3. economia dată de raportul calitate/preţ mult mai bun al

calculatoarelor mici faţă de sistemele mari de calcul. Reţelele pentru oameni – începând cu anii 1990, reţelele de calculatoare au început să furnizeze servicii la domiciliu pentru persoane particulare. Iată câteva : 4. Accesul la informaţie la distanţă 5. Comunicaţiile interpersonale 6. Divertismentul interactiv

Din punct de vedere al întinderii lor ca arie geografică, deosebim alte trei tipuri de reţele : -reţele locale (LAN-Local Area Network) sunt reţele private localizate într-o singură cladire sau într-un campus de cel mult caţiva kilometri. LAN-urile se disting de alte tipuri de reţele prin 3 caracteristici : (1) mărime, (2) tehnologie de transmisie si (3) topologie. Astfel (1) LANurile au dimensiuni restrânse ceea ce înseamna că timpul de transmisie e limitat şi dinainte cunoscut. Cunoscând această limită, este posibil să utilizăm anumite tehnici de proiectare. Deasemeni, se simplifică administrarea reţelei. Pentru (2), LAN-urile utilizează frecvent o tehnologie de transmisie care constă dintr-un singur mediu (cablu în special, dar există şi Wireless LAN) la care sunt ataşate toate maşinile. LAN-urile tradiţionale funcţionează la viteze cuprinse între 10 şi 100 Mbps, au întârzieri mici (zeci de microsecunde) şi produc erori foarte puţine. În privinţa (3), mai cunoscute sunt reţeaua cu magistrala (cu cablu liniar), de exemplu standardul IEEE 802.3, popular numit Ethernet (funcţionând la 10-100 Mbps) şi standardul IEEE 802.5 numit inel cu jeton (token ring) ce lucrează la viteze de 4-16 Mbps. -reţelele metropolitane (MAN-Metropolitan Area Network) este în linii mari o versiune extinsă de LAN şi utilizează în mod normal topologii similare cu acesta. Un MAN se poate întinde pe zona ocupată de un grup de birouri învecinate sau pe suprafaţa unui întreg oraş şi poate fi atât privata cât şi publica. Un MAN poate suporta atât date cât şi voce şi dispune numai de un cablu sau două, fără să conţină elemente de comutare care deviază pachetele pe una din cele câteva linii posibile de ieşire.Un exemplu de MAN este standardul IEEE 802.6 denumit DQDB (Dual Queue Dual Bus- magistrala duală cu coadă distribuită). DQDB

constă din două magistrale unidirecţionale la care sunt conectate toate calculatoarele. -reţelele larg raspândite geografic (WAN-Wide Area Network) – acoperă o arie geografică întinsă – deseori o ţară sau un continent întreg. Reţeaua conţine o colecţie de maşini utilizate pentru a executa programele

utilizatorilor,

numite

maşini

gazda.

Gazdele

sunt

interconectate printr-o subreţea de comunicaţie. În majoritatea reţelelelor larg răspândite geografic, subreţeaua este formată din două componente distincte: liniile de transmisie şi elementele de comutare. Liniile de transmisie (numite şi canale, circuite sau trunchiuri ) au ca sarcină transportul biţilor între maşini. Elementele de comutare sunt calculatoare specializate folosite pentru a conecta două sau mai multe linii de transmisie. Ca exemple de WAN-uri se pot aminti : PSTN (Public Switched Telephone Network- reţeaua publică de telefonie) sau Internet pentru a nu da decât să le zicem pe cele mai semnificative dintre reţelele de voce şi date.

1.2

Ce este MOICANE ?

Tot din categoria de reţele larg raspândite geografic (WAN) face parte şi reţeaua MOICANE, reţea care face subiectul acestui studiu. MOICANE înseamnă Multiple Organisation Interconnection for Collaborative Advanced Network Experiments şi este, asa cum îi spune şi numele, o reţea pan-europeană utilizată în scopuri ştiinţifice. MOICANE presupune o colaborare între mai mulţi parteneri, fiecare cu atribuţiile sale, astfel : -Alcatel Italia subsidiara italiană a Alcatel Group, lider in producţia de echipamente şi sisteme de telecomunicaţii şi în sectorul de cabluri şi fibră optică, activ în 130 de tări. Gama sa de produse şi servicii se adresează unui grup larg de utilizatori, ca operatori de reţele fixe sau mobile, ISP-

uri, industria în general, dar şi utilizatori privaţi. Alcatel Italia este un mare producător pentru echipamente ATM şi are un rol dual de Prime Contractor al reţelei MOICANE, cât şi cel mai important provider de echipamente. Echipamentele Alcatel vor constitui baza reţelei în unele dintre insulele retelei MOICANE, ca şi reţeaua de interconexiune

dintre aceste insule. -Consortio Pisa Ricerche (CPR) s-a consituit în 1987 cu scopul principal de a promova şi coordona transferul de nouă tehnologie dinspre universităţi şi centrele de cercetare către industrie. CPR este o organizaţie non-profit care are printre membri atât companii publice cât şi companii private. Multimedia and Telematic Application (META) Centre din cadrul CPR oferă expertiză tehnică în sectorul de Multimedia Networking şi Telecom. -Flextel dezvoltă soluţii inovative pentru Internet şi Corporate Intranet, care să ofere funcţii de calcul, acces, rutare şi comutaţie pe aceeaşi platformă. În cadrul MOICANE, Flextel produce echipamente de reţea cu un înalt grad de adaptare care pot fi configurate ca IP routere sau servere de înaltă performanţă care vor avea un rol cheie în asigurarea unor platforme flexibile de la care se vor dezvolta componente IP capabile să suporte QoS şi să fie interfeţe pentru diferitele soluţii de arhitecturi de reţea şi secţiuni de reţea (core şi acces).

-INOV (INESC-Inovacao-Instituto de Novas Tecnologias) este o asociaţie privată, non-profit, dedicată cercetării, dezvoltării tehnologiei şi oferirii de training avansat în IT şi Telecom. INESC işi creează programul de cercetare în funcţie de cererile din partea operatorilor naţionali şi internaţionali. -Wind (companie rezultată în urma fuziunii dintre Wind şi Infostrada) este cel de-al doilea operator public pentru servicii de voce şi date din

Italia. Wind are mai mult de 4 milioane de clienţi din care 2,5 milioane pentru voce şi 1,5 milioane pentru servicii de internet. Traficul zilnic monitorizat într-o zi de lucru este de 31 milioane minute. Profitul este adus în proporţie de 58% de sectorul de afaceri şi 42% de sectorul rezidenţial. -NTUA-ICCS The Institute of Communication and Computers Systems (ICCS) este o parte privată asociată cu Departamentul de Inginerie Electrică şi Calculatoare din cadrul National Technical University of Athens (NTUA). Se ocupă cu cercetarea şi dezvoltarea în diverse aspecte ale sistemelor de telecomunicaţii. În cadrul MOICANE centrul de cercetare a NTUA va oferi cele mai multe aplicaţii care vor crea mediul de Laborator Virtual. -Tekelek Systems este un lider în industria telecomunicaţiilor şi concentrează activităţi industriale de producere de componente, echipamente şi sisteme. Compania creează şi livrează produse ce sunt utilizate de operatorii de telecomunicaţii, de providerii de servicii şi alţi producători ce oferă noi servicii şi asigură cea mai buna calitate în transmiterea vocii, datelor şi video. În cadrul MOICANE, Tekelek se va ocupa cu livrarea unor echipamente de masură. -OTE este cel mai mare operator de telecomunicaţii din Grecia . OTE Research deţine mai multe laboratoare pentru partea de R&D în cadrul companiei. Deasemeni, OTE Research oferă posibilitatea de a testa servicii de reţea şi aplicaţii avansate. In cadrul MOICANE, OTE are un rol dual : oferă utilizatori acestor servicii şi aplicaţii avansate , dar şi susţine infrastructura pentru experimentele de QoS pentru serviciile de bandă largă bazate pe protocolul IP. -ROMTELECOM este operatorul public naţional în România şi are drepturi exclusive pentru oferirea serviciilor de voce pâna la liberalizarea pieţei la 1 ianuarie 2003. În prezent, este în faza de restructurare care o va

duce către transformarea dintr-o companie de stat într-o companie de telecomunicaţii competitive pe o piaţă concurenţială. În cadrul MOICANE, Romtelecom va susţine infastructura prin care vor fi evaluate serviciile de bandă largă. -UPB (Universitatea Politehnica din Bucuresti) este cea mai veche şi cea mai mare universitate tehnică din Romania. Are 12 facultăţi inginereşti, aproximativ 26000 de studenţi şi 3500 de oameni în staff-ul academic şi de cercetare. În cadrul MOICANE, UPB va oferi o aplicaţie de e-learning şi va evalua funcţionalitatea acestuia prin folosirea studenţilor ca un test de caz.

1.3

Ideea proiectului

Proiectul ţinteşte spre dezvoltarea unor noi metode experimentale atât in domeniul serviciilor de telecomunicaţii cât şi în cel al noilor tehnologii avansate născute în ultima vreme. Proiectul se concentrează şi va îmbunătaţi domeniul de design şi monitorizare a unei arhitecturi complexe de telecomunicaţii prin folosirea unor instrumente de proiectare ajutată de calculator, metode avansate de comunicare (ca de exemplu audio sau video), instrumente de masură şi sisteme de management a reţelei. O atenţie particulară va fi dată problemelor de interconectare, astfel încât managementul complexitaţii, eterogenităţii şi al asigurării performanţei să fie principala preocupare. Principala idee este aceea ca procesul de proiectare a reţelei să se facă printr-o exerimentare reală cu ajutorul

masurătorilor,

simulărilor

cu

ajutorul

calculatorului

şi

monitorizării sistemului. Acest lucru va permite inginerilor adoptarea unui mod teoretic mai avansat de conducere a unei reţele complexe in condiţii reale.

Cu ajutorul analizoarelor de protocol, a instrumentelor de management si a simulărilor unor evenimente va fi posibil de descoperit adevăratul comportament al unor elemente dintr-o arhitectură complexă de interconectare. Acestea pot fi alcătuite din componente IP peste ATM (MPOA, IP peste ATM clasic), componente IP conform arhitecturilor Integrated Services (IntServ) sau Differentiated Services (DiffServ), reţele locale (LAN) sau integrarea reţelelor fixe cu reţelele mobile (Bluetooth sau IEEE 802.11b). În particular, sunt acoperite problemele de garantare a unui bine definit QoS peste aceste diferite reţele. Proiectul incearcă să atingă următoarele ţinte: a) să realizeze o activitate de cercetare spre identificarea a noi soluţii pentru transportul informaţiei multimedia într-un scenariu de reţea ce trebuie să suporte aplicaţii de Laborator Virtual şi E-Learning. b) să implementeze noi componente pentru controlul traficului in reţelele cu comutare de pachete în stare sa suporte QoS adecvat pentru serviciul de Laborator Virtual. c) sa dezvolte o interfaţă simplă si prietenoasă pentru o reţea complexă, cu multe opţiuni pentru diferitele tipuri de utilizatori. Un aspect fundamental este studiul arhitectural si implementarea unei reţele cu comutaţie de pachete. Cu alte cuvinte, esenţa proiectului va fi dezvoltarea unei infrastrucuri de reţea capabilă să susţină necesarul de resurse pentru o aplicaţie de laborator virtual. De asemenea, din cauză că este realizat pe surse dezvoltate liber şi este conform standardelor IETF, proiectul va oferi perfectă transparenţă pentru funcţiile diferitelor componente.Implementarea componentelor de rutare va da posibilitatea de a vizualiza performanţele acestora prin intermediul acestei interfeţe prietenoase, arătînd astfel comportamentul in timp real al echipamentelor, evidenţiind particularitaţile fiecarui tip de reţea (policing, scheduling, discarding, shaping).

Una dintre problemele fundamentale este intr-adevăr lipsa informaţiilor detaliate despre diferitele standarde, mai ales in ceea ce priveşte controlul traficului ca de exemplu controlul admisiei sau scheduling. Aceste funcţii sunt in măsură să realizeze managementul de trafic diferenţiat în special în cazul „per-single-micro-flow control” pentru

IntServ

sau

„aggregated

traffic” pentru

DiffServ

peste

„backbone”-ul reţelei. Infrastructura reţelei va fi realizată prin interconectarea mai multor insule eterogene unde componentele dezvoltate în proiect vor funcţiona. Aceasta infrastructură va fi prezentată ca un exemplu de reţea de generaţie următoare capabilă să susţină o calitate a serviciului la nivel IP. Din punct de vedere al sistemului, nu va fi posibilă doar o monitorizare a sistemului doar din punct de vedere managerial, ci se vor putea vedea şi funcţiile mai detaliate (policing sau scheduling). Acestea vor fi comparate cu simulările regizate pentru a da răspunsurile la întrebările date de simulări.

1.4

Obiectivele proiectului MOICANE

Proiectul MOICANE este organizat în mai multe faze care încep de la analiza utilizatorilor şi a cererilor asupra sistemului şi se termină cu analiza masurătorilor de reţea efectuate cu ajutorul testelor. Considerând toate aspectele complexe ce pot apărea în ficare fază, se poate face o întreagă cercetare pe acest subiect. Din acest motiv, in speranţa de a evita efortul ne-necesar, ţinta proiectului este aceea de a atinge câteva obiective, pe care le preyint în continuare. Obiectivul 1 : Cooperarea pentru experimente la distanţă O cercetare plină de succes în domeniul tehnologiei reţelelor nu se poate realiza decât prin interacţiunea constantă dintre participanţii la cercetare: universităţi, institute de cercetare, producătorii de echipamente de reţea si

operatorii de reţea. Această interacţiune va permite tuturor participanţilor la proiect să cunoasca diferitele contribuţii ale celorlalţi cum ar fi : analize teoretice, suport pentru simulare, experienţa în exploatare, echipamente sofisticate, etc. Lărgind scopul acestei interacţiuni, incluzând actori distribuiţi în întreaga lume, în temeiul unui nou „laborator virtual”, va fi o piatră de temelie pentru avansarea comunităţii ştiinţifice . Sinergia bazată pe conceptul de „ laborator virtual ” şi rezultatul de „colaboratori legaţi in reţea” va adăuga noi necesităţi pentru reţelele de azi. În primul rând, va fi nevoie puternică de tehnologii de acces variate şi flexibile (fixe, mobile, radio) cu scopul de a extinde serviciul către un grup cât mai larg de participanţi. În al doilea rând, capabilităţile de trransport ale backbone-ului va trebui modificat pentru a suporta traficul necesar diferitelor servicii. Aceste necesităţi sunt cerute de prezenţa in cadrul proiectului a unor producători industriali şi a unor instituţii academice care doresc să transmită informaţie multimedia în timp real şi să permită tele-operaţii pe echipamente de laborator sofisticate şi scumpe. Aceasta conduce efectiv la un laborator virtual şi va permite efectuarea de teste extrem de reale. Multumită testelor distribuite ce se execută pe echipamente ce suportă garantarea calităţii, va fi posibil să se dezvolte aplicaţii şi servicii ce cer în mod expres un anumit QoS. Aceste servicii vor include: MPEG-2 video streaming, video-conferinţă, şi laborator virtual. Ultimul va permite operaţii la distanţă şi va face posibilă împărţirea echipamentelor între institutele de cercetare implicate în proiect. În particular, testarea reţelei şi echipamentele de masură în diferitele insule vor fi făcute accesibile şi celorlalţi participanţi, fie prin intermediul „remote protocols” (ca de exemplu: X protocol), fie prin intermediul unor interfeţe. (web based sau stand alone). Acolo unde este posibil, aplicaţiile vor exploata deja

rezultatele si dezvoltările unor experimente europene mai vechi. În al treilea rând, utilizatorii vor fi invitaţi să experimenteze şi să-şi exprime părerea despre calitatea serviciului. Succesul acesui obiectiv constă în dezvoltarea şi extinderea aplicaţiilor de tip „network collaborator” precum şi testarea lor local (adică în cadrul insulei ) precum şi global. Ţinta acestui obiectiv este mai degrabă funcţionarea aplicaţiilor şi fiabilitatea serviciilor decât funcţionalitatea reţelei. Obiectivul 2 : Extinderea diferitelor tehnologii de acces (ce suportă QoS) şi analiza interacţiunii cu „core”-ul reţelei. Printre protocoalele de reţea de azi, cele mai întâlnite aparţin familiei de protocoale TCP/IP. Prezenţa lor în milioane de computere în întreaga lume a condus la folosirea lor în aproape orice echipament de reţea ceea ce mai departe conduce la ideea ca noile reţele vor trebui gândite si proiectate astfel încât noile aplicaţii si servicii vor rula pe gazde IP fixe sau mobile şi vor fi interconectate prin Internet sau secţiuni din el. Totuşi, un viitor scenariu în viitorul apropiat va fi creat din terminale TCP/IP conectate la un backbone IP prin diverse tehnologii de acces oferind servicii bazate pe protocolul IP. Exemple de noi aplicaţii ce folosesc o lărgime de bandă mare: transfer de fişiere mari (Large File Transfer), distribuţie audio sau video, conferinţe video sau audio, telefonie IP, sau alte aplicatii interactive sau în timp real. Capacitatea reţelelor de acces sau „core” de a trata bine traficul generat de aceste aplicaţii (având in vedere cererile asupra resurselor reţelei, ca lărgime de bandă sau întârziere ) înseamnă asigurarea unei calităţi a serviciului. Fiabilitatea unei reţele „core” capabilă sa asigure QoS cerut este primul pas înspre interconectarea reţelelor de acces şi înspre asigurarea serviciilor catre utilizatorii finali.

Proiectul MOICANE va evalua modele arhitecturale, protocoale şi mecanisme propuse în Research Networks pentru a crea o reţea „core” flexibilă capabilă să interconecteze excelent reţele de acces QoS-capabile în sensul unei foarte bune combinaţii între ele. Integrarea tehnicilor de acces eterogene, testate intr-un mediu cu aplicaţiii reale va permite o analiza profundă a interacţiunii între servicii, partea de acces a reţelei si partea centrală (core) a ei. Insulele periferice ale reţelei vor fi bazate pe tehnologii de acces diferite. Tehnologiile de acces fixe vor fi : Ethernet LAN, xDSL şi fibră optică. Tehnologiile de acces radio vor fi : Bluetooth, IEEE 802.11b şi satelit. Multe dintre problemele de QoS sunt prezente în partea de acces a reţelei: proiectul MOICANE va fi concentrat asupra examinării şi propunerii de soluţii pentru aceste probleme, pentru fiecare tehnologii implicate şi testate. Concluziile acestei activităţi vor contribui la elaborarea standardelor. Succesul acestui obiectiv constă în definirea metodologiilor pentru proiectarea şi realizarea serviciilor, a reţelei de acces şi a centrului reţelei pentru atingerea calităţii serviciilor pentru fiecare dintre reţelele de acces pe o reţea centrală IP. Rezultatul cheie este integrarea fără probleme a reţelelor de acces si centrală cu obţinerea parametrilor de QoS ceruţi. Obiectivul 3 : Setarea insulelor autonome capabile să suporte QoS şi interconectarea lor Proiectul MOICANE este alcătuit din câteva insule, autonome una de cealaltă în ceea ce priveşte administrarea, localizarea geografică si arhitectura de reţea. Infrastructura reţelei ce suportă QoS trebuie să fie testată într-un mediu local prima dată, cu scopul ulterior de a evalua local modelul ales de QoS. Fiecare insulă va fi constituită din unul sau mai multe domenii DiffServ, iar unele pot include o integrare între un subdomeniu DifServ şi un domeniu IntServ. În ceea ce priveşte

domeniiile IntServ, vor fi folosite rezultatele despre acest model din proiectele europene deja dezvoltate. O data ce insulele au fost setate şi operează corect ca entităţi autonome, ele vor fi interconectate prin linii de înaltă viteză acolo unde este posibil, prin legături cu satelitul sau, altfel, prin Internet. Atunci, interacţiunea lor va fi testată în sensul de a asigura că garanţiile de QoS suportate de fiecare insulă se păstrează la traversarea unui sau mai multor domenii (în cazul mediilor pure DiffServ), sau la traversarea de la o insulă IntServ la o insulă DiffServ în cazul mediilor mixte. Domeniile DiffServ vor constitui backbone-ul reţelei. Deoarece vor exista cazuri în care vor exista insule în care vor co-exista cele două domenii (IntServ şi DiffServ), va fi necesar să se dezvolte şi sî se integreze echipamente care sa cunoască cele două arhitecuri ce suportă QoS. În toată dezvoltarea proiectului se vor face activităţi de măsură detaliate folosind o întreagă suită de probe ale hardware-ului pentru caracterizarea traficului, monitorizarea QoS şi managementul reţelei. Caracterizarea traficului este necesară pentru dimensionarea adecvată a serviciilor şi a capabilităţilor de QoS. O atenţie specială va fi acordată caracterizării traficului produs de reţelele de acces şi injectat în backbone-ul reţelei. După dimensionarea corectă, QoS-ul oferit pentru trafic, care eventual se traduce prin nivelul de caliate oferit utilizatorului final, are nevoie de o monitorizare foarte atentă. Aceasta este o activitate-cheie în procesul final de validare şi fixare a rezultatelor atinse. În final, probe detaliate ale status-ului reţelei permit un management flexibil şi eficient. Succesul acestui obiectiv constă în : - dezvoltarea şi testarea plină de succes în fiecare insulă a tuturor modulelor pentru asigurarea QoS şi dimensionarea eficientă a elementelor de reţea în termenii dimensionării bufferelor,

algorimilor de planificare, alocarii bandei, schemelor de control al accesului,etc - verificarea ca garantarea QoS cap-la-cap să se menţină la traversarea diferitelor insule. Obiectivul 4 : Extensia către utilizatori bussines şi rezidenţiali Arhitecura MOICANE este compusă din cîteva insule transparente ce susţin QoS interconectate prin intermediul unei reţea „core”. Ar fi deci foarte posibil de extins către utilizatorii rezidenţiali şi mai ales către cei bussines.În aceste medii sunt chiar uşor de implementat un număr mare de tehnologii de acces care trebuiesc setate QoS-capable. Un caz foarte comun este Internetul, unde numeroşi utilizatori sunt împrăştiaţi pe tot globul şi sunt conectaţi la reţeaua centrală prin intermediul a multe tehnologii de acces (de exemplu: xDSL, modem de cablu, radio, satelit). Este foarte profitabil să faci disponibile aceste servicii pentru acest tip de utilizatori. Exploatarea extensiei geografice a reţelei, operarea de la distanţă şi opţiunile de mediu virtual consituie un foarte relevant „plus” al acestui proiect. De exemplu, serviciul de „teleworking” permite utilizatorilor să fie independenţi de locaţia biroului, iar serviciul de „virtual classroom” ceează un mediu de învăţământ distribuit, unde studenţii şi profesorii pot asculta/ţine cursuri fără să fie nevoiţi să se deplaseze la universitate. Desigur, setul serviciilor cerute reţelei pot fi parţial diferite, dar cea mai mare parte a consideraţilor şi rezultatelor despre infrastructura reţelei rămân aplicabile. Mai mult, noi servicii pot fi parţial extinse din cele propuse de proiectul MOICANE.

1.5

Calitatea seviciului(Quality of service) - QoS

În acest capitol voi face o scurtă descriere a conceptului de „Calitate a serviciului” prin câteva definiţii, specificaţii, parametri

caracteristici relevanţi şi câteva modele de arhitecturi ce pot asigura această atât de dorită calitate a serviciului. Mai multe tipuri de modele de arhitecturi de QoS pot fi cerute şi utilizate întrr-o singură reţea cu scopul de a satisface nevoile unui serviciu cerut de către un utilizator. Din cauza importanţei testelor şi măsurătorilor actualului nivel de QoS suportate de reţeaua în cauză voi introduce în cele ce urmează şi câteva consideraţii generale legate de teste. 1.5.1

Ce este Calitatea serviciului ?

Deşi conceeptul de „calitate a serviciului ” este un concept intuitiv, el a fost definit de către ITU-T în recomandarea E.800 după cum urmează : „efectul colectiv al performanţei unui serviciu care determină gradul de satisfacţie al unui utilizator al acelui serviciu” sau „măsura a cât de bun este un serviciu, prezentat unui client, se exprimă în limbajul înţeles de client şi se manifestă printr-un număr de parametri , toţi aceşti parametri având atât valori obiective cât şi subiective ”. Definiţiile de mai sus sunt simple şi foarte uşor de înţeles, însă uneori este greu de determinat cât de mult reflectă ele ceea ce se vrea cu adevărat de la o reţea. Mai mult, a realiza aplicaţii conforme unor parametri subiectivi poate fi foarte complicat datorită perceptiilor diferite asupra rezltatului acelor aplicaţii. Din aceste motive, organizaţiile de standardizare şi cercetătorii in domeniul reţelelor au depus un efort considerabil pentru căutarea şi schematizarea perspectivei utilizatorilor asupra cererilor pentru o reţea. Rezulatele esenţiale oferă o opinie subiectivă despre un set ipotetic de teste pentru utilizatori în ceea ce priveşte satisfacţia unui serviciu (de exemplu vizionarea unui film sau ascultarea unei piese de muzică ) care de fapt depinde de câteva aspecte legate de reţea. S-a definit astfel de către ITU-T în Rec. P 800 o scară numită Mean Opinion Scale (MOS),

definită prin asignarea unei opinie subiective a unei note pe o echivalenţă calitativă.

1.5.2

Excellent

5

Good

4

Fair Poor

3 2

Bad

1

Necesităţile şi parametrii QoS

Cadrul QoS descris de ITU-T în Rec. I 350 oferă un număr de idei de bază pentru specificarea parametrilor QoS relative la aspectele de la nivelul unei reţele. În primul rând, ITU-T Rec I 350 distinge între două tipuri de parametri : primari şi secundari. • Un parametru primar al QoS este determinat pe baza directelor observări ale „evenimentelor” în punctul de interacţiune ; • Un parametru secundar al QoS poate fi determinat în funcţie de alţi parametri, în prealabil definiţi ca parametri QoS . Pentru un serviciu de telecomunicaţii, parametrii primari ai calităţii serviciului pot fi clasificaţi folosind o matrice 3x3. Astfel, o reţea generală este descrisă ca fiind un sistem capabil să ofere 3 funcţii generice: • Acces (la serviciile reţelei) • Transferul informaţiei • Deconectarea Matricea 3x3 introdusă e ITU-T Rec. I 350 mai defineşte 3 criterii pentru caracterizarea a cum sunt realizate aceste funcţii. Criteriul viteză caracterizează performanţele legate de timp ale atributelor QoS asociate cu o anumită funcţie. Parametrii de viteză sunt definiţi pe baza statisticii făcute pe seturi de „timpi de durată”.

Acurateţea caracterzează gradul de corectitudine cu care o funcţie dată este realizată. Parametrul acurateţe este definit pe baza procentului de realizări incorecte din numărul de incercări totale sau pe baza ratei de realizări incorecte în timpul unei perioade de observaţie. Dependenţa caracterizează gradul de realizare a unei anumite funcţii. Parametrul dependenţă este definit pe baza procentului de erori din numărul total de încercări sau pe baza ratei de erori în timpul unei perioade de observaţie. Considerând doar funcţia de transfer de informaţie, parametrii primari fundamentali ai calităţii serviciului sunt: lărgimea de bandă, rata erorilor, intârzierea şi jitter-ul. Lărgimea de bandă reprezintă numărul de biţi pe secundă care sunt transmişi cu succes prin reţea. Rata erorilor poate fi împărţită în patru termeni diferiţi: transmisii duplicate, recepţionare în ordine greşită, eronarea unor biţi şi pierderea de pachete; considerând un posibil disponibil mecanism de control al fluxului şi cererile unei aplicaţii tipice (de exemplu întârzierea cap-la-cap maximă) rata erorilor poate fi considerată echivalentă cu rata pierderilor de pachete. În general, efectul acestor pierderi de pachete în percepţia calităţii depinde de posibilitatea de aplicare a unui algoritm de compresie şi rata de compresie oferită. Întârzierea cap-la-cap este întârzierea pe care o capătă pachetele transmise de o aplicaţie de la capătul de transmisie la capătul de recepţie stăbătând reţeaua; este compusă din trei termeni: întârzierea de transmisie, întârzierea de propagare şi întârzierile din cozile de aşteptare. În aplicaţiile de timp real interactive rata erorilor end-to-end şi jitter-ul pot fi reduse prin introducerea unor extra-întârzieri; aceste extra-întârzieri afectează timpul de răspuns în timpul unei sesiuni interactive (care poate include voce şi video), aşa încât trtebuie să se impună reguli foarte stricte în cea ce priveşte întârzierea cap-la-cap introdusă de reţea. Jitter-ul reprezintă variaţia întârzierii cap-la-cap şi poate fi introdusă de toate

componentele unui sistem cap-la-cap ; oricum, el poate fi parţial redus prin introducerea la recepţie a bufferelor. Capacitaea bufferelor la recepţie este în general de ordinul a zeci de microsecunde aşa încât poate fi compensată doar o mică parte din jitter. Diferite aplicaţii pot avea cereri diferite penru lărgime de bandă, pierderi de pachete, întârziere sau jitter. De exmplu, aplicaţiile de voce au nevoie de întârzieri mici şi pot tolera doar o rată minimală de pierderi de pachete. Pe de altă parte, un serviciu de transfer de fişiere (FTP) poate fi insensibil la întârzieri, dar nu şi la pierderile de pachete. 1.5.3 QoS calitativ şi cantitativ Calitatea serviciului poate fi suportată la diferite nivele, depinzând atât de nevoile aplicaţiei cât şi de capabilităţile QoS ale reţelei de transport. Prima dintre ele – nevoile aplicaţiei – se referă doar la caracteristicile specifice ale aplicaţiei implicate şi tipiul de mediu, de exemplu aplicaţiile de timp real au cereri foarte înalte de întârzieri şi jitter, în timp ce trtansferul de mari fişiere cer doar o lărgime de bandă mare şi puţine pierderi de pachete. Cea de-a doua – capabilităţile reţelei de transport – este dată în special de modelul arhitectural ales. Aşa cum am mai menţionat, arhitectura IntServ poate suporta nivele de calitate foarte detaliate, iar arhitectura DiffServ poate oferi servicii de calitate la un nivel agregat, ceea ce îl face scalabil şi deci mai potrivit pentru nevoile reţelei backbone. Într-un model de QoS, tipuri diferite de calitate a serviciului pot fi adresate: absolut, relativ şi proporţional. Calitatea serviciului absolută

poate fi deterministă sau statistică; în

primul caz, un set de parametrii ai calităţii sunt garantaţi pentru toate pachetele unei aplicaţii anume, iar în cel de-al doilea caz, acelaşi set de parametri este asigurat pentru fluxul aplicaţiei într-um mod statistic (de

exemplu pentru 99% din totalul traficului). Acest tip de serviciu cere în general o alocare foarte bună a resurselor pentru traficul aplicaţiei. Calitatea serviciului relativă presupune că diferite clase de servicii sunt suportate, fiecare dintre ele cu un nivel de calitate care este definit mai curând într-un mod relativ decât absolut. Aceasta înseamnă că serviciul oferit de o aplicaţie folosind o anumită clasă de servicii nu este strict garantat, însă, statistic, este mai bun decât acelaşi serviciu folosind o altă clasă de servicii. Deasemenea, în acest tip de model QoS, o alocare a resurselor pentru diferitele clase de servicii este obligatorie, dar rezervarea este determinată într-un mod relativ, pentru a nu sigura garanţii absolute QoS aplicaţiilor. Calitatea serviciului proporţională presupune ca nivelurile de servicii pentru fiecare clasă de servicii sunt definite într-un mod strict proporţional; astfel suma de resurse alocate pentru fiecare clasă este, la o primă vedere, independentă de trafic. Acest model este indicat pentru reţelele care sunt configurate static şi nu au nevoie să suporte o calitate a serviciului prea bună. Într-o infrastructură de reţea reală se pot suporta mai multe modele de QoS, în concordanţă cu tipul de QoS cerut de aplicaţii şi cu complexitatea reţelei. Acesta este o alegere relevantă şi va fi cercetată şi investigată de-a lungul proiectului MOICANE.

1.5.4 Nevoia de a măsura QoS Funcţiile de acces, de transfer al

informaţiei şi de deconectare ce

trebuiesc a fi suportate de o reţea de telecomunicaţie se pot caracteriza pe baza unor criterii axate pe viteză, acurateţe şi dependenţă. Toate aceste

criterii cer un exact proces de măsurare cu scopul ulterior de dezvoltare a lor. Procesul de măsurare este obligatoriu pentru a colecta valori cantitative ale unei structuri de reţea operaţională cu scopul de a determina parametri secundari

QoS

relevanţi;

astfel

se

poate

caracteriza

complet

funcţionalitatea pe criteriile stabilite anterior. Alte consideraţii şi informaţii pot fi produse şi extrase despre reţea, de exemplu prin cercetarea documentaţiei echipamentelor folosite sau prin analiza efectelor combinate a modelului de QoS ales. Rolul testării în mediu real rămâne de fapt principalul mod de a valida experimentul cu privire la cererile proiectului şi obiectivele atinse. În definiţia procesului de măsurare, este foarte important de selectat ce statstici se colectează, in care puncte ale reţelei se analizează şi când şi cât timp se măsoară. O măsurătoare poate fi de două tipuri : intrusivă şi neintrusivă; în cel de-al doilea caz, procesul implicat în măsurătoare nu este transparent funcţionării reţelei. Oricum, o măsurătoare intrusivă este necesară atunci când trebuiesc create condiţii specifice pentru a putea face alte măsuratori posibile sau pentru a corecta puţin parametrii ce nu reies direct din măsurătoare. Un caz ar putea fi de exemplu descoperirea unei probleme introduse de o reţea de acces in ceea ce priveşte traficul injectat cu un anumit profil. 1.5.5 Ce este un testbed ? Un testbed este o platformă de mediu utilizată pentru exploatarea, testarea şi validarea unui aspect al unei reţele sau a unui model de arhitectură de reţea cu privire la un set de servicii specific. Este foarte important să se definească foarte bine şi să se construiască platforma de testbed deoarece de corectitudinea, consistenţa şi fiabilitatea sa depind rezultatele şi concluziile despre problemele ce trebuie rezolvate.

Câteva elemente sunt trebuincioase pentru a completa specificaţiile unui testbed, cum ar fi echipamentele de reţea ce se folosesc, stiva de protocoale suportate si tehnologiile ce se folosesc. Selecţia măsurătorilor relevante ce trebuiesc adunate şi analizate este de asemenea esenţială ca şi locurile din care se culeg sau condiţiile în care se adună aceste valori. Procesul de măsură trebuie să fi definit şi executat cu un anumit nivel de detaliere. Tipul măsurătorii poate fi atât intrusive cât şi neintrusivă funcţie de caz şi poate fi colectată împreună cu probe din echipament sau la nivelul de aplicaţie. Posibilitatea de a utiliza generatoare de trafic configurabile permite o mai mare flexibilitate în realizarea procesului de măsură. În proiectul MOICANE, realizarea unui testbed în cadrul proiectului pilot este o chestiune fundamentală. Va fi acordată o atenţie sporită definirii întregii platforme de teste, procesului de măsură, echipamentelor ce vor fi folosite drept probă, setului de generatoare de trafic si modelelor de trafic pentru aplicaţiile implicate.

1.6

Nevoia de servicii cu garantare a calităţii

1.6.1 De ce servicii cu garantare a calităţii ? Istoric, serviciul de bază suportat de o reţea cu comutaţie de pachete a fost serviciul „best-effort”. Acest tip de serviciu nu oferă garanţie pentru fluxurile ce circulă prin reţea. Simplu, cel mai bun tratament este aplicat fluxurilor exploatând potenţialul resurselor disponibile. Acest mod de operare este convenabil pentru aplicaţiile tradiţionale ca Telnet, FTP, şi, cu oarece extensii, WWW. Ar fi cu totul de neacceptat pentru noile aplicaţii ce caracterizează scenariile din reţelele de telecomunicaţii de astăzi, în care garantarea transmisiei informaţiei este critică. Un număr din ce în ce mai mare de aplicaţii cu valori adăugate se aşteaptă să se dezvolte în viitorul apropiat, făcând o prioritate suportarea

calităţii serviciului de către o reţea. Aceste servicii multimedia exprimă trendul, direcţia în care se dezvoltă domeniul telecomunicaţiilor. Integrarea într-o singură aplicaţie a video-ului sau audio-ului, de exemplu, pe lâangă date reprezintă o realizare cheie în evoluţia reţelelor şi în globalizarea lor. Serviciile care au nevoie de garantarea unei calităţi a serviciului înglobează în cele mai multe cazuri transmisii de fluxuri video sau audio. Pentru a menţine calitatea cap-la-cap cu care utilizatorii sunt obişnuiţi în utilizarea obişnuită, zilnică, trebuie ajuns la puternice condiţii impuse reţelei în cea ce priveşte întârzierea, jitter-ul şi pierderea de pachete. Proiectul MOICANE exploatează potenţialul unui subset de aplicaţii cu valoare adaugată cu scopul de a arăta, de a sublinia interesele din domeniul telecomunicaţiilor de astăzi. 1.6.2 De ce o reţea integrată ? Proprietăţile QoS dau posibilitatea managerizării eficiente a traficului peste infrastructura unei reţele. Acum câţiva ani, companiile construiau şi operau reţele diferite pentru traficul de voce, video, date secrete şi date nesecrete. Vocea şi videoul tradiţional utilizau infrastructuri de reţea cu comutaţie de circuite. Traficul de date secrete era suportat de o reţea principală mai „evoluată”, în timp ce traficul non-secret era suportat de reţele locale (LAN) şi de reţele de arie largă (WAN) într-un model de tip client-server. În anii care au urmat, o dată cu nevoia de integrare a acestor noi aplicaţii din ce în ce mai complexe pe aceeaşi infrastructură, soluţiile de reţea au migrat din zona comutaţiei de circuite către tehnologia comutaţiei de pachete. Aceasta s-a datorat în principal avansului rapid în domeniul reţelelor de date mai ales în ce priveşte flexibilitatea, fiabilitatea, performanţele şi funcţionalitatea. Această alegere a fost avantajată indusă şi de avantajul substanţial al îmbunătăţirii multiplexării statistice.

Pe scurt, suportarea calităţii serviciului înseamnă a face posibilă un set de mecanisme care dau administratorilor de reţea abilitatea de a controla lărgimea de bandă, întârzierea, jitterul şi pierderile de pachete prin reţea cu scopul de a oferi noi servicii cu valoare adăugată, de a defini diferite niveluri de calitate pentru diferite aplicaţii si organizaţii şi de a prioritiza pur şi simplu traficul printr-o reţea fie ea LAN, MAN sau WAN. În zilele noastre, conceptul de integrare a reţelelor se poate extinde şi către reţelele publice, caracterizate în general de diferite tipuri de tehnologii de acces şi tehnologii de transport. O interconectare bună între aceste tipuri diferite de reţele, atât private cât şi publice, permite creearea unei platforme de transport comune, care o dată creată, va suporta o calitate normală pentru serviciile cu valoare adăugată. Având în vedere aceste ambiţii, proiectul MOICANE, prin viziunea şi obiectivele sale primare descrise mai devreme, ţinteşte spre a da o contribuţie considerabilă despre serviciiile suportate şi despre experienţa în acest domeniu. 1.6.3 De ce servicii bazate pe protocolul IP ? Protocolul IP este cel mai utilizat protocol de reţea în zilele noastre. Suportând doar comunicaţia fără conexiune, protocolul este foarte simplu, scalabil, foarte eficient şi cere nivelelor inferioare din stiva OSI să-i ofere un set limitat de servicii. Din aceste motive, în ultima decadă, acest protocol a fost adoptat peste tot în lume devenind astfel cel mai comun protocol din reţelele de date, în special în Internet.