Voice + IP 2012 Performance-Anforderungen durch VoIP und Cloud Computing an IP-basierten Netzen Prof. Dr.-Ing. Sabine Wieland, Deutsche Telekom AG, Hochschule für Telekommunikation Leipzig Prof. Dr.-Ing. Gerd Siegmund, Georg-Simon-Ohm Hochschule Das Blog der Messe Frankfurt zur Digitalisierung des Geschäftslebens: http://connected.messefrankfurt.com/de/

1. Performance-Anforderungen durch VoIP und Cloud
Computing an IP-basierten Netzen
Profn. Dr.-Ing. Sabine Wieland
Deutsche Telekom AG
Hochschule für Telekommunikation Leipzig
Prof. Dr.-Ing. Gerd Siegmund
Georg-Simon-Ohm Hochschule
Oktober 2012
Seite 1

2. Agenda
1. Entwicklung im ICT-Markt
2. QoS- Anforderungen
3. Auswirkungen bei gemischter Verkehrslast
4. Lösungsmöglichkeiten

3. Professorin Dr.-Ing. Sabine Wieland
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4. Professorin Dr.-Ing. Sabine Wieland
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5. Professorin Dr.-Ing. Sabine Wieland
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6. Verfügbarkeit der Bandbreitenklassen 2011
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7. Datenverkehr explodiert in Mobilnetzen
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8. Entwicklung des Datenverkehrs
%
100 Cloud Computing
75
IPTV
50
25
VoIP
2000 2004 2008 2012 2016
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9. QoS Anforderungen der Datendienste
QoS Daten- Durch- max. Max. accept accept. virtuelle Verbin-
volumen satz delay Jitter . BER PER dungsdauer [s]
Dienst GB [MBit/s] [s] [ms]
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- 1-100 1 0.1 0 10-8 verbindungslos
Zugriff
Zugriff auf Virtual 0.004 1 0.005 0 10-8 > 10
shared Memory
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
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10. 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).
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11. Verteilung der IP-Paketlänge
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12. Der Jitter wird immer schlimmer
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13. Was ist Performance?
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14. 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
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15. Selbstähnliches Verhalten
Der Internet-Verkehr schwankt sehr stark, auch wenn man sehr viele
Benutzer zusammenfasst:
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16. Die Paket-basierten Netze II
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17. Auslastung in Abhängigkeit vom Hurst-Parameter
Hurst-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)
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18. Probleme für die Echtzeitkommunikation: Paketverlust
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19. 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.
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20. Lastprognosen für den IP Verkehr
Datenverkehr Prio 4
Datenverkehr Prio 3
IPTV Prio 2
VoIP Prio 1
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21. © 2009 GSM Association, Inter-Service Provider IP Backbone Guidelines 5.0,
VoIP und IPTV, Delay weltweit
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22. © 2009 GSM Association, Inter-Service Provider IP Backbone Guidelines 5.0,
Datenverkehr, Cloud Computing, Delay weltweit
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23. 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-Pakete
beeinträchtigt. 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.
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24. 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 und
Echtzeitdaten 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.
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25. 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
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26. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!