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Homepage | Articoli | Achitettura e Qualità del servizio VoIP: QoS

Achitettura e Qualità del servizio VoIP: QoS
di Andrea Marzilli   05 Giugno 2011

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Come noto, il traffico vocale su IP attraversa internet mettendo in comunicazione terminali distanti tra loro. Durante il viaggio i pacchetti vengono instradati dai router, accelerano vorticosamente nelle dorsali a fibra ottica, e di nuovo vengono smistati, convertiti in segnali vocali o destinati alle reti di telefonia tradizionale, tutto questo scambio di informazioni deve assicurare tempi di risposta molto brevi per garantire agli utenti la qualità del servizio.

I parametri fondamentali che determianano la QoS (dall'inglese Quality of Service) di un servizio di telefonia IP sono legati ai ritardi, alla riduzione d'eco, al jitter, alla disponibilità di banda, ad una compressione del parlato che risulti ben intellegibile.

Abbiamo visto che l'introduzione di RTP e l'uso dei pacchetti UDP garantiscano già performances sufficienti nell'attenuazione degli effetti del jitter e della temporizzazione/sincronizzazione, gli algoritmi di compressione dell'audio sono molto efficienti forniscono un buon rapporto tra compressione del segnale e fedeltà, il problema rimane legato alla disponibilità di banda in caso di congestioni dovute al traffico di rete.

In caso di congestione, a tutti i pacchetti, indipendentemente dal flusso che rappresentano, viene assegnata la stessa priorià di smistamento nell'instradamento (routing). Le code nei router infatti sono semplici FIFO (First In First Out) dove il primo arrivato è il primo ad essere servito. Con questa politica, chiamata best-effort (massimo sforzo) tentando di dare un servizio a tutti i pacchetti, non si può garantirlo a nessuno.

Per mitigare il rischio di una perdita di qualità dovuta a colli di bottiglia nella rete sono state ideate le strategie, IntServ/RSVP e DiffServ, che garantiscono priorità ad alcuni flussi di informazioni.

Garantire la priorità ad un flusso di pacchetti significa agire sui router che implementano e gestiscono le politiche di instradamento.

IntServ sta per «Integrated Service». È una architettura che introduce delle classi di servizio associate a flussi di pacchetti. Ciascun flusso è associato all'applicazione che ne fa richiesta, è distinguibile ed ha delle particolari richieste di qualità.

Figura 1. Schema di massima di rete VoIP
Schema di massima di rete VoIP

Per stabilire la qualità dei flussi viene sfruttato RSVP (resource ReSerVation Protocol): un protocollo che serve a prenotare le risorse di rete necessarie ed a renderle diponibili per un certo tempo.

Figura 2. Schema di routing architettura IntServ
Schema di routing architettura IntServ

Anche se lavora proprio sopra il livello IP, RSVP non è un protocollo di trasporto in senso stretto, in quanto non trasporta informazioni. Piuttosto serve agli host per prenotare risorse di rete e ad ogni router, presente sul percorso del flusso, a mantenere e aggiornate le informazioni sulla qualità del servizio.

IntServ differenzia i flussi su tre classi di servizio

  • Best effort - i pacchetti subiscono lo stesso trattamento del routing tradizionale. Viene applicato a tutte le classiche applicazioni Internet: HTTP, FTP, e-mail, etc.
  • Carico Controllato - per applicazioni con richieste poco esose, che tollerano la perdita dei pacchetti o ritardi consistenti (ordine di pochi secondi). Per esempio lo streaming.
  • Garantito - per applicazioni che richiedono tempi di risposta molto stretti e vincoli di banda. Per esempio VoIP

Una volta che il pacchetto arriva su un router IntServ viene classificato e il router valuta se instradarlo, lasciarlo in attesa o scartarlo a seconda della congestione e della classe di servizio assegnata al pacchetto.

IntServ è una architettura molto efficace: con RSVP si generano dei circuiti virtuali con risorse garantite all'interno della rete a pacchetto. Il limite lo troviamo nella scalabilità.

Ogni router mantiene informazioni sui percorsi di tutti i flussi e per funzionare tutti i router dovrebbero supportare il protocollo RSVP. Queste condizioni diventano difficili da mantenere su reti di grandi dimensioni.

DiffServ sta per «Differentiated Service» e a differenza di IntServ, non richiede ai router di memorizzare le caratteristiche di servizio per ogni flusso.

All'ingresso nel dominio DiffServ, ovvero sui router di contorno (edge routers), ad ogni pacchetto viene assegnato un codice PHB ovvero «Per Hop Behaviour». PHB stabilisce il comportamento che i router assumono riguardo al flusso ad ogni "salto" da un nodo all'altro della rete.

Grazie a questo codice il router assegna ai pacchetti in transito la realtiva classe di servizio:

  • Default service: è la modalità di spedizione best effort tradizionale utilizzata in Internet.
  • Premium service: sono classi di servizio per le applicazioni che richiedono priorità:
    • Assured service: è simile al servizio a carico controllato di IntServ. In caso di congestione i pacchetti serviti con questa politica tendono ad essere inoltrati a scapito del servizio best-effort.
    • Expedited service: per applicazioni che richiedono un basso delay e jitter. Simile al servizio garantito di IntServ

L'architettura DiffServ offre una minore granularità delle informazioni sui flussi, infatti le uniche informazioni che mantiene sono quelle relative ai comportamenti. Proprio per questo però è più scalabile su reti di grandi dimensioni.

La complementarietà delle due strategie ha portato alla concezione di una gestione mista della qualità. Risulta vantaggioso avere delle isole gestite con architettura IntServ che si affaccino su domini DiffServ.

Figura 3. Interoperabilità IntServ - DiffServ
Interoperabilità IntServ - DiffServ

Un'altro approccio interessante è quello della ridefinizione dinamica della qualità dell'audio. Se la rete diventa particolarmente congestionata, vengono negoziati nuovi parametri di compressione e di trasporto dei pacchetti VoIP nel tentativo di alleggerire il carico.



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