Gerenciamento de Desempenho e Qualidade de Serviço em Redes

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AULA 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ADMINISTRAÇÃO 
DE REDES DE 
COMPUTADORES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Douglas Eduardo Basso 
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TEMA 1 – GERENCIAMENTO DE DESEMPENHO E QUALIDADE DE SERVIÇO 
Mesmo com o crescimento das linhas de comunicação, dos links de dados 
e internet mais rápidos, com maior largura de banda e o aumento das redes de 
fibra ótica, faz-se necessário a gerência contínua de desempenho das redes, bem 
como sua qualidade. A expansão das capacidades da rede nem sempre podem 
ser a solução, limitações tecnológicas e de custos podem dificultar essa melhoria. 
1.1 Introdução 
Dessa forma, é importante monitorar e avaliar o uso das redes, verificar se 
o conteúdo é apropriado, identificar os tráfegos de rede, se são de aplicações 
críticas que apoiam a missão da empresa ou de aplicações de pouca importância 
ou indesejáveis. Surge então a necessidade de criar e implantar uma provisão de 
serviços com níveis de qualidade diferenciada. 
1.2 Aplicações 
A qualidade de serviço pode ser gerenciada na internet com o apoio de 
soluções que permitem atender diversas especificações e estratégias de 
priorização de tráfego de rede. A gerência da qualidade de serviço, também 
chamada de QoS é vinculada ao controle de uso da banda de dados. As 
aplicações que geralmente necessitam de qualidade de serviço são: 
• Telefonia de voz sobre IP; 
• Videoconferências e telemedicina; 
• Educação a distância. 
1.3 Modelos do QoS 
Nos anos 90 foram desenvolvidos modelos de QoS como o DiffServ, que 
abordava vários tipos de serviços, permitia reservar a banda para alguns deles. 
Depois veio o IntServ, um modelo de QoS criado para garantir a qualidade de 
serviço para fluxos individuais de tráfego, reservando recursos por todos os 
roteadores da rede. Essa alocação de recursos é utilizada usando o protocolo 
Resource Reservation Protocol (RSVP), e trata da reserva da largura de banda e 
do tempo que a conexão será mantida. 
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O DiffServ foi desenvolvido com base na definição dos serviços. Existe um 
pacote IP chamado Type of Service (TOS), usado para priorizar o tráfego. O 
roteador coloca esse tipo de pacote IP como alta prioridade em sua fila e repassa 
esses pacotes antes dos pacotes de baixa prioridade. 
1.4 Gerência do QoS e a internet 
A gerência da qualidade de serviço de rede apresenta duas estratégias: 
uma para programar e configurar os equipamentos que devem processar o 
tratamento diferenciado do tráfego, e outra para monitorar o desempenho da rede 
com ou sem a priorização. Na internet temos o modelo atual, um serviço em que 
todo o tráfego é tratado da mesma forma e o melhor esforço é empegado para 
entregá-lo. Já o modelo que a comunidade da internet espera é o que traz: 
aplicações que são sensíveis ao tempo como a voz e o vídeo (devem ter 
prioridade) e tráfego preferencial e especial para alguns tipos de aplicações como 
banco de dados, por exemplo. 
1.5 Implicações no uso do QoS 
 Ao implementar e empregar o QoS na rede algumas questões precisam ser 
levantadas, como: 
• Controle sobre os recursos: ter um sistema que mantenha informações 
sobre o uso da rede, capacidade dos equipamentos, controle de tráfego por 
aplicação, limitar a banda para serviços menos nobres. 
• Serviços particulares: verificar com a operadora a capacidade de controlar 
e ter visibilidade da qualidade de serviço, identificar se o provedor tem 
condições de demandar esse tipo de serviço diferenciado a seus clientes. 
• Aplicações de missão crítica: garantir que esse tipo de aplicação tenha a 
banda disponível, e que outras aplicações não afetem o tráfego reservado 
para as aplicações priorizadas. 
TEMA 2 – VISÃO GERAL SOBRE QOS 
 Em muitos casos a qualidade de serviço é estritamente necessária, como 
em aplicações que precisam níveis de QoS diferentes, como: telefonia, televisão, 
transferência de arquivos, conferências, entre outros. Na internet, ainda existem 
muitas necessidades em relação à qualidade de serviço. 
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2.1 Características do QoS 
 A qualidade de serviço está vinculada à habilidade da rede em prover 
serviços de tráfego diferenciados sobre várias tecnologias. Dentre as 
características de QoS, podemos elencar: 
• Suporte a banda dedicada; 
• Mecanismos de melhoria em relação à perda de dados; 
• Configurações para evitar e administrar o congestionamento de rede; 
• Mecanismos para conformação do tráfego da rede; 
• Configurações de priorização de tráfego através da rede. 
2.2 Arquitetura do QoS 
 Dentro da arquitetura de QoS, alguns pontos são necessários para 
desenvolver e processar o tráfego com qualidade diferenciada em redes, entre 
eles: 
• Técnicas de sinalização QoS de comunicação entre elementos de rede; 
• Funcionalidades de gerenciamento e controle do QoS através da rede e 
seu tráfego; 
• Mecanismos de QoS de um único elemento de rede, com funções de 
enfileiramento, tratamento diferenciado de filas e conformação de tráfego. 
2.3 Função dos roteadores no QoS 
Roteadores de borda e roteadores de backbone não realizam as mesmas 
funções, as tarefas de qualidade de serviço são relativamente diferentes. 
Os roteadores de borda executam as seguintes funções: 
• Classificação de pacotes; 
• Controle de admissão; 
• Gerenciamento de configuração. 
Os roteadores de backbone realizam as seguintes funções: 
• Gerência de congestionamento; 
• Funções de minimização de congestionamento. 
 
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TEMA 3 – MODELOS DE SERVIÇOS 
 Modelos de serviços descrevem as características do QoS entre elementos 
da rede (fim a fim) e utilizam requisitos específicos. Existem três modelos de 
serviços QoS: 
1. Best effort; 
2. Integrated; 
3. Differentiated services. 
3.1 Best effort service 
 O best effort service é um modelo de serviço único no qual uma aplicação 
envia dados quando desejar, em qualquer quantidade, e sem requisitar permissão 
ou informar primeiro a rede. 
Para serviços best effort, a rede entrega os dados sem qualquer tipo de 
segurança, atraso associado ou capacidade da rede. 
3.2 Serviços integrados 
É um modelo de serviço múltiplo que incorpora vários requisitos de QoS. 
Neste modelo, a aplicação faz a requisição de um tipo específico de serviço da 
rede antes de enviar os dados, ocorre uma sinalização na requisição, a aplicação 
informa seu perfil de tráfego e solicita um tipo particular de serviço, envia dados 
apenas depois que recebe a confirmação da rede e os dados são em consonância 
com as regras descritas no perfil de tráfego. 
A rede realiza toda administração e controle de admissão, baseados na 
informação da aplicação e recursos de redes disponíveis. A manutenção do fluxo 
de seu estado é realizada e seus pacotes são classificados, controlados, e 
enfileirados de forma inteligente baseado no estado do fluxo. O protocolo RSVP é 
usado para sinalizar pedidos de QoS para o roteador. 
3.3 Serviços diferenciados 
Modelo de serviços múltiplos em que podemos atender diferentes tipos de 
requisitos de QoS. Entretanto, diferentemente dos serviços integrados, uma 
aplicação que utiliza serviços diferenciados não faz a sinalização ao roteador 
antes do envio dos dados. 
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A rede tenta entregar um tipo particular de serviço, baseado na específica 
QoS de cada pacote. Essa especificação deve ocorrer de diferentes maneiras, 
usando o bit do IP setado em pacotes IP ou endereços de origem e destino. A 
rede utiliza uma especificação QoS para classificar, conformar, controlar o tráfego, 
e realizar o enfileiramento inteligente. 
TEMA 4 – QOS NA NOVA INTERNET 
O avanço das aplicações de rede necessita que novas concepções de 
internet consigam suportar a qualidade de serviço, pois no método atual (best 
effort), isso não é possível. 
Uma internet nova com suporte e qualidade de serviço deve permitir 
reservas de recursos de rede sem causar impacto no tráfego best effort. 
Na internet atualse o roteador tem uma sobrecarga em sua fila, pacotes 
são descartados com pouca (ou nenhuma) distinção entre os tráfegos, alta e baixa 
prioridade para o correto funcionamento. Aplicações avançadas necessitam de 
banda garantida e o mínimo de atraso do pacote (latência), ferramentas remotas 
de colaboração, videoconferências, a telemedicina tem requisitos exigentes para 
banda e latência, caso nãos sejam atingidos a aplicação fica inoperante. 
Muitos estudos têm sido feitos para uma internet com qualidade de serviço. 
O DiffServ tem se consolidado como uma forma simples e escalar de QoS com 
serviços fim a fim, através de múltiplas nuvens de rede, minimizando a 
complexidade de implantação. Esquemas inteligentes de enfileiramento podem 
ser usados para a entrega de serviços diferenciados, como o WRED e o WFQ. 
4.1 WRED 
Weighted Random Early Detection, também conhecido como “descarte 
preliminar aleatório”, é uma disciplina de enfileiramento para um programador de 
descartes da rede que visa evitar congestionamentos. Em WRED é possível ter 
diferentes probabilidades para diferentes prioridades e/ou filas. 
4.2 WFQ 
Weighted Fair Queuing é uma técnica de programação de envio 
(agendamento) de pacotes de dados que permite diferentes prioridades de 
agendamento para os fluxos de dados multiplexados estatisticamente. 
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4.3 Requisitos para QoS na internet 
 Alguns requisitos identificados para que a Internet consiga oferecer o 
serviço de QoS são: 
• Escalabilidade; 
• Administração; 
• Medição; 
• Habilitar aplicações avançadas; 
• Suporte a sistemas operacionais e middlewares; 
• Aceitação de múltiplas e interoperáveis implementações de equipamentos 
e suas nuvens. 
4.4 Suporte e desenvolvimento de aplicações avançadas 
Tendo em vista o suporte e desenvolvimento de aplicações, o Protocolo da 
Camada de Transporte de internet (TCP) vem sendo estudado e desenvolvido nos 
últimos tempos. A ideia é compensar os efeitos das redes de dados 
congestionadas, limitações de conexões, o aumento no uso dos recursos, entre 
outros detalhes. 
Quando temos uma rede com qualidade de serviço podemos fazer uma 
analogia com o sistema telefônico, existem momentos que o canal está livre para 
ligação e outros que o canal está ocupado. Os conjuntos de parâmetros de 
transmissão numa aplicação que utiliza QoS são fundamentais, ter mecanismos 
de tratamento diferenciado, gerência de configuração e oferta de serviços de rede 
com QoS, tempo e duração de serviços. 
O tráfego ingressa à rede através de um roteador de borda, gerado por 
algum usuário ou equipamento conectado, conforme Figura 1. Os pacotes são 
inspecionados pelo roteador de borda e repassados para os roteadores de 
trânsito, as informações de decisões de tratamento diferenciado ou não são 
também enviadas para que o roteador controle o fluxo de pacotes. 
 
 
 
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Figura 1 – Elementos de uma rede com QoS 
 
Fonte: elaborado com base em Santos, 2015. 
As necessidades de prover e contabilizar o QoS devem ser cumpridas, 
como fazer a medição e auditar a performance da rede, realizar controles de 
transmissão e medidas automatizadas, pois existe a possibilidade desse serviço 
ser taxado por instituições. 
A qualidade de serviço deve ser suportada por um ou mais equipamentos, 
em redes grandes como a internet a interação entre equipamentos de diferentes 
fabricantes é essencial, a sinalização e habilitação do QoS e seus fluxos deve ser 
tratada de maneira padronizada sob diferentes domínios de administração. 
Em ambientes como a nova internet, como as interconexões são separadas 
por diferentes controles administrativos, conforme mostra a Figura 2, existe a 
necessidade de padronização de QoS através das redes e domínios participantes. 
Figura 2 – Interconexões entre domínios 
 
Fonte: elaborado com base em Santos, 2015. 
 
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TEMA 5 – ARQUITETURA DE SERVIÇOS DIFERENCIADOS 
 A arquitetura de serviços diferenciados apresenta um gama de serviços na 
internet sem ter que manter os estados de fluxos de cada roteador, ocorre a união 
desses fluxos, aos quais é oferecido um tratamento diferenciado pela rede. 
O Diffserv (serviços diferenciados) elimina a necessidade de 
reconhecimento e armazenamento de informações sobre cada fluxo individual no 
roteador do core. Para o administrador de rede, o primeiro roteador é o roteador 
de borda, ele é responsável por marcar o pacote recebido do usuário de rede. No 
trajeto a partir desse roteador, todo o tráfego integrante daquele perfil é tratado 
como agregado. É definida através de um modelo simples no qual o tráfego que 
entra na rede é: classificado; possivelmente condicionado na borda da rede; e 
atribuído a diferentes agregações de comportamento. A Figura 3 mostra esta 
arquitetura: 
Figura 3 – Arquitetura dos serviços diferenciados 
 
Fonte: elaborado com base em Santos, 2015. 
É composta por vários elementos funcionais, funções de classificação de 
pacotes e funções de condicionamento de tráfego: medição, marcação, 
conformação e controle. Esse tipo de arquitetura alcança escalabilidade, 
implantando classificação complexa e funções de condicionamento apenas nos 
nós de borda de rede. 
5.1 SLSs e TCSs 
Dependendo do serviço ofertado, diferentes aspectos técnicos são 
definidos em forma de um acordo de nível de especificação (Service Level 
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Specification), ou SLS, que especifica todas as características e desempenho 
esperado pelo cliente. 
Pelo fato dos serviços serem unidirecionais, as duas direções de fluxo 
devem ser consideradas separadamente. Outra parte importante do SLS é o 
Traffic Conditioning Specification (TCS). 
O TCS cria a especificação de perfis de tráfego e ações para pacotes de 
dentro do perfil e fora do perfil. Os perfis de tráfego trazem a especificação e 
regras para classificar e medir o fluxo, pacotes dentro do perfil sofrem agregação 
diretamente, enquanto um pacote fora do perfil pode ser conformado antes da 
entrega da seguinte forma: atrasado ou descartados. Entre os parâmetros de 
serviço cada nível de serviço TCS, especifica-se: 
• Parâmetros de performance: latência, probabilidade de descarte e 
throughput; 
• Perfil de tráfego; 
• Indicação do escopo de cada serviço, nos pontos de entrada e saída; 
• Disposição do tráfego submetido em excesso ao perfil especificado; 
• Marcação do serviço proporcionado; 
• Conformidade do serviço proporcionado. 
5.2 Serviços quantitativos e qualitativos 
Existe uma grande variedade de diferentes tipos de serviços diferenciados, 
classificar esses serviços significa associar um SLS a um serviço respectivo. Os 
serviços são classificados como qualitativos ou quantitativos, dependendo do tipo 
de parâmetros de performance oferecidos. 
Serviços qualitativos são aqueles que oferecem garantias relativas que 
somente podem ser avaliadas por comparação: 
• Oferta de tráfego no nível de serviço A será entregue com baixa latência; 
• Oferta de tráfego no nível de serviço B será entregue com baixa perda. 
Serviços quantitativos são aqueles que oferecem garantias concretas que 
podem ser avaliadas por medições convenientes, independentes de outros 
serviços. Exemplos de serviços quantitativos: 
• Alocar 80% do tráfego entregue dentro do perfil do nível de serviço C, não 
terá mais do que 50ms de latência; 
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• Alocar 85% do tráfego entregue dentro do perfil do nível de serviço D será 
efetivamente entregue. 
De maneira geral, quando um provedor oferece um serviço quantitativo, 
será necessário especificar perfis de controle quantitativo. 
5.3 SLS Dinâmico e estático 
Os SLSs podem ser tanto estáticos, como dinâmicos. Os estáticos são o 
padrão, e resultado da negociação entre provedor e cliente, definidos por um 
acordo de data de início que pode ser periodicamente renegociado. Os dinâmicos 
podem mudar frequentemente, as mudanças resultam, por exemplo, de variações 
na cargade tráfego oferecida, relativa aos escopos ou provenientes das 
mudanças de preços oferecidas pelo provedor, requerem protocolos 
automatizados sem interação humana. 
5.4 Provisionamento de tráfego 
Quando temos um SLS negociado, o provedor de serviço precisa garantir 
os recursos ao cliente, sem que esses recursos excedam os termos do TCS. O 
tráfego pode ser autenticado ou pode usar criptografia. Existem quatro 
componentes de condicionamento de provisionamento de tráfego (Figura 4), que 
são: medidor; marcador; conformador; descartador. 
Figura 4 – Componentes de condicionamento 
 
Fonte: elaborado com base em Santos, 2015. 
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Os medidores medem o tráfego submetido de acordo com o perfil de 
tráfego contratado (TCS), fazem o controle de entrada para outros componentes 
de controle. 
Os conformadores controlam fazendo o atraso de outros pacotes, de modo 
a levar o fluxo a se tornar complacente com o perfil de tráfego. Tem tamanho de 
buffer finito e pacotes podem ser descartados ou sofrerem atraso que se acabar 
o buffer. 
Os descartadores controlam descartando alguns, ou todos, os pacotes de 
uma sequência de tráfego, tornando o fluxo complacente. Os marcadores 
controlam o tráfego remarcando, especificando os domínios e rebaixando o fluxo 
fora do perfil. Esses quatro componentes classificadores de tráfego são 
requisitados para separar o tráfego submetido dentro de diferentes classes. 
O classificador pode separar o tráfego por domínio, ou baseados em 
múltiplos campos dentro do cabeçalho do pacote, mesmo que o tráfego já venha 
marcado pelo cliente, o provedor pode efetuar o controle no limite do ponto de 
entrada de tráfego, que então pode ser remarcado ou descartado. Um 
condicionador de tráfego inclui: classificador; medidor; marcador; suavizador. 
Os condicionadores de tráfego podem ser encontrados dentro ou na saída 
de um domínio. Nem todos os quatro elementos do condicionamento precisam 
estar presentes em todos os nós da borda. A Figura 5 mostra a visão lógica de 
condicionamento de tráfego. 
Figura 5 – Condicionadores de tráfego 
 
Fonte: elaborado com base em Santos, 2015. 
O medidor mede o fluxo para verificar se está de acordo com o perfil de 
tráfego contratado (TCS). O provedor tem o dever de provisionar a rede interna, 
de modo a atender as garantias oferecidas pelo SLSs, negociado nos limites da 
rede. O provedor pode controlar, remodelar, remarcar ou descartar o tráfego. 
 
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REFERÊNCIAS 
KUROSE, R. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 
6. Ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013. 
SANTOS, M. T. Gerência de redes de computadores. 2. ed. Rio de Janeiro: 
RNP/ESR, 2015.