II. La Gestion de la QoS
II.3. Protocoles de signalisation pour la QoS
Les paragraphes précédents montrent donc que, bien qu’IntServ s’avère inadapté au passage à l’échelle, l’utilisation d’un protocole de réservation de ressources (RSVP) lui permet une gestion plus fine (adaptée aux besoins de chaque flux) et plus dynamique de la QoS. L’idée d’utiliser un ou plusieurs protocoles de signalisation pour négocier et établir une QoS de bout-en-bout a alors fait l’objet d’un certain nombre de travaux de recherche parmi la communauté scientifique.
L’objectif de cette partie est alors de présenter quelques uns de ces protocoles qui permettent la mise en œuvre de la QoS, les autres notions (sécurité, surveillance, etc.) n’étant pas abordées.
II.3.1. COPS et la notion de gestion de QoS par politique
Le groupe de travail RAP (Resource Allocation Protocol) de l’IETF a défini en 2000 une architecture basée sur la notion de politique pour améliorer les mécanismes de contrôle d’admission d’un réseau [104]. Une politique est définie comme un ensemble de règles permettant l’administration, la gestion et le contrôle d’accès aux ressources d’un réseau [105].
61 Chaque règle est alors associée à un ensemble de conditions auxquelles correspondent des séries d’actions à entreprendre dans le cas où ces conditions sont respectées. Pour permettre l’échange de ces politiques sur un modèle client/serveur, un protocole est aussi défini par ce même groupe de travail, le protocole COPS (Common Open Policy Service) [106].
Figure 25 – Modèle à base de politique
Ce modèle de gestion par politique est composé de deux éléments centraux : le PEP (Policy Enforcement Point), en charge de l’application des décisions politiques et le PDP (Policy Decision Point), en charge de prendre les décisions basées sur la politique qui a été définie. Ces deux éléments communiquent au travers du protocole COPS. Pour prendre ses décisions, le PDP communique avec une base de données des politiques au travers du protocole LDAP (Leightweight Directory Access Protocol) et peut interroger d’autres entités telles qu’un serveur d’authentification ou encore un bandwidth broker en utilisant SNMP (Simple Network Management Protocol) par exemple. La Figure 25 résume ces différents échanges. En cas d’absence de PDP, une entité locale peut être utilisée au niveau d’un PEP, le LPDP (Local PDP).
Ce modèle générique de contrôle de réseau par politique permet de réaliser deux modes de contrôle distinctes : l’outsourcing et la configuration (aussi appelé provisionning).
Dans le modèle outsourcing, un routeur (incluant un PEP) devant prendre une décision sur l’admission d’une réservation envoie une requête COPS au PDP et celui-ci renvoie la décision prise à partir des règles de politique. Il peut donc surtout être utilisé en relation avec le modèle IntServ lorsqu’un routeur reçoit un message RESV et doit décider d’accepter ou de refuser la réservation de ressource. En effet, cette décision peut nécessiter des informations autres que les ressources disponibles localement au niveau du routeur et l’utilisation d’un PDP peut donc s’avérer judicieuse.
Dans le modèle configuration, lorsque des événements extérieurs impliquent une modification de la configuration des routeurs (et donc des PEPs), le PDP peut communiquer à ces derniers des nouvelles règles à appliquer au travers du protocole COPS. Ceux-ci n’auront plus à solliciter le PDP avant de prendre une décision. Ce modèle peut donc pallier à la principale faiblesse de DiffServ dont la configuration des classes de service est statique. En
62 effet, un administrateur de réseau peut alors définir par exemple deux types de politique, l’une appropriée à la journée pendant laquelle un grand nombre de communications VoIP ont lieu et l’autre pour la nuit qui s’adapte plutôt à des sauvegardes de serveurs ou des téléchargements de données. Dans ce cas, les routeurs de bordure jouent le rôle de PEPs tandis que le bandwidth broker joue le rôle de PDP.
COPS a fait l’objet de différentes extensions telles que COPS-RSVP [107] qui spécifie l’utilisation de COPS dans un contexte IntServ/RSVP ou encore COPS-PR [108] qui s’oriente vers le provisionnement de politique de QoS dans un environnement DiffServ.
II.3.2. NSIS : un pas vers la signalisation générique
L’IETF a lancé en 2002 le groupe de travail NSIS (Next Steps in Signaling) [109] afin de définir un cadre générique pour la signalisation IP en tenant compte en premier lieu de la QoS mais aussi de la sécurité ou encore de la mobilité, etc.…
Pour tenter d’unifier la signalisation IP, le groupe de travail se base principalement sur les mécanismes du protocole RSVP en les simplifiant et en tentant de les appliquer pour mettre en œuvre un modèle plus général. Pour cela, l’architecture NSIS, définie dans [110], a été décomposée selon deux couches distinctes :
• La couche inférieure, NTLP (NSIS Transport Layer Protocol), dédiée au transport de la signalisation entre les différentes entités NSIS. Pour assurer ce rôle, un protocole nommé GIST (General Internet Signaling Protocol) a été spécifié [111]. Son principe de fonctionnement est le suivant : le niveau GIST s’occupe de transmettre les messages de signalisation à la prochaine entité NSIS après avoir établi avec elle une association négociée en trois phases (association qui pourra être réutilisée ultérieurement). Lorsque le message est reçu par l’entité NSIS suivante, celle-ci la transmet au niveau NSLP pour traitement puis transmet le message à la prochaine entité, et ainsi de suite jusqu’au récepteur final. Enfin, tout comme RSVP, GIST conserve des états au niveau des entités NSIS.
• La couche supérieure, NSLP (NSIS Signaling Layer Protocol), spécifique à chaque application de signalisation qui définit ainsi ses messages selon ses propres besoins.
Différents études sont actuellement réalisées pour mettre en œuvre des protocoles de ce niveau dont :
- QOS NSLP [112] qui, associé avec GIST, fournit des fonctionnalités similaires à celles de RSVP en les étendant quelque peu. Ce protocole se veut indépendant de l’architecture de QoS sous jacente et fournit un support pour différents modèles de réservation.
- NATFW NSLP [113] qui définit un NSLP permettant de configurer les NATs (Network Address Translators) et les pare-feux en fonction des besoins des flux de données applicatifs. Pour l’instant, il permet aux hôtes localisés derrière un NAT d’obtenir une adresse publique joignable et aux hôtes localisés derrière un pare-feu de recevoir du trafic de données.
- [114] qui analyse les effets que pourrait avoir la mobilité sur la série de protocole NSIS et tente de définir comment les protocoles opéreraient si ils étaient combinés
63 à des protocoles de mobilité tels que Mobile IPv4 ou Mobile IPv6 selon différents scénarios.
Dans sa version actuelle, NSIS suit une approche « on-path » qui implique que les entités de signalisation se trouvent sur le chemin de données. La signalisation est alors effectuée saut par saut entre les entités NSIS (NE), les dispositifs ne supportant pas NSIS acheminant simplement les messages sans les traiter. La Figure 26 résume ce fonctionnement. Chaque hôte ainsi qu’une partie des routeurs situés sur le chemin de données implémentent une entité NSIS (NE) qui échange des messages de signalisation.
Figure 26 – Signalisation NSIS couplée au chemin de données
II.3.3. SIP : le contrôle de session au service de la QoS
Le protocole d’initiation de session SIP a déjà été présenté auparavant dans la partie I.2.5.
Dans cette partie, nous nous intéressons plus particulièrement à la manière avec laquelle ce protocole peut être utilisé pour la réservation et la libération dynamique de ressources.
Le protocole SIP transporte effectivement des informations qui peuvent s’avérer très utiles lors de la réservation de QoS : les paramètres contenus dans les descripteurs de session.
Ces paramètres sont négociés au cours de l’établissement de la session mais aussi lors des éventuelles modifications. Cette négociation peut être directement réalisée par les clients SIP situés au niveau des utilisateurs mais ces derniers, bien qu’ils soient conscients de certains paramètres importants tels que les codecs qu’ils sont capables d’utiliser, n’ont pas de réel moyen de connaître l’état des ressources disponibles le long du chemin que leur communication va parcourir. De plus, cela impliquerait l’intégration à ces clients SIP de mécanismes de QoS tel que RSVP, COPS, etc., ce qui présente le double désavantage d’alourdir les clients SIP et de ne pas permettre aux clients SIP non évolués pour la QoS d’en profiter.
Ces nouvelles fonctionnalités ont donc toutes les raisons de s’intégrer plutôt au niveau des entités intermédiaires que nous avons déjà rencontrées : les proxies SIP. En effet, ceux-ci peuvent permettre aux opérateurs de connaître la durée de la session, le nombre de médias impliqués ainsi que les codecs utilisés et leurs caractéristiques associées (bande passante, etc.). A partir de ces informations, une gestion automatique de la réservation/libération des ressources et du contrôle d’admission en fonction de la politique adoptée par l’opérateur devient donc réalisable et aucune modification n’est nécessaire au niveau des clients SIP.
64 Deux modes d’établissement de session avec réservation de QoS peuvent alors être distingués :
• Le mode « enabled » dans lequel l’établissement de la session et la réservation des ressources sont réalisés parallèlement mais ne dépendent pas l’un de l’autre. La session démarrera quel que soit le résultat de la réservation. Par exemple dans le cas d’un réseau DiffServ, la QoS sera de type BE si la réservation a échoué et EF si elle a fonctionné.
• Le mode « assured » dans lequel l’établissement de la session ne se fait que si la réservation de QoS a bien été réalisée.
Figure 27 – Exemple de session SIP avec réservation/libération de ressources
Un standard [115] détaillant le fonctionnement de ces deux modes a d’ailleurs été proposé. Il se base sur des nouveaux messages tels que le Session Progress, le UPDATE ou le PRACK ainsi que sur un ensemble de préconditions ajoutées aux descripteurs de session. Les clients SIP peuvent alors préciser si la mise en place de la QoS est « mandatory » (correspond
65 au mode « assured ») ou « optional » (mode « enabled ») pour chaque sens de la communication (réception, émission) et si la QoS doit être e2e (end-to-end, de bout-en-bout) ou locale (au niveau des réseaux d’accès). Par contre, la RFC 3312 [115] considère que la QoS est mise en œuvre par les participants de la session SIP tandis que nous considérerons que celle-ci est mise en œuvre par l’intermédiaire des proxies SIP. La Figure 27 illustre alors un exemple de session SIP intégrant la réservation et la libération de ressources en mode
« assured ». Les messages PRACK/200 OK (PRACK) ne sont pas présentés pour rendre la figure plus compréhensible, ils sont normalement échangés à la réception d’un message 1xx pour le fiabiliser. On peut aussi remarquer que dans cet exemple, tous les messages sont échangés via tous les proxies SIP, ceci justement dans le but de gérer la QoS le long du chemin. Enfin, les réservations et libérations de QoS de la Figure 27 peuvent par exemple représenter schématiquement l’échange de messages (COPS, RSVP, etc.) permettant aux proxies SIP de communiquer avec les entités en charge de la gestion des ressources à l’intérieur des domaines concernés. Par exemple, si entre domaine1.fr et domaine2.fr, on considère un domaine DiffServ, les proxies SIP pourront échanger des messages COPS avec le Bandwidth Broker en charge du domaine DiffServ. Ce dernier pourra alors configurer les routeurs de bordure de ce domaine pour prioriser les flux de la future session SIP.
De plus, quel que soit le mode d’établissement de la session, si une modification de session est réalisée par l’intermédiaire d’un message re-INVITE, les proxies SIP peuvent analyser les nouveaux paramètres et prévenir automatiquement les entités en charge de la gestion des ressources des changements en cours. La signalisation SIP permet donc une gestion beaucoup plus dynamique de la QoS pour les applications qu’elle permet de contrôler.
SIP, bien qu’il ait été conçu, à l’origine, pour permettre le contrôle de session peut donc être utilisé de façon très efficace dans la gestion dynamique de la QoS.