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Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unidade V Qualidade de Serviço (QoS) em rede IP Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.I Características dos Serviços em termos de Tolerância a retardo e Variação a retardo Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Características dos serviços multimídias A Internet comporta uma grande variedade de aplicações multimídias. Consideram-se três tipos abrangentes de aplicações de multimídia: • Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenado • Áudio e vídeo de fluxo contínuo ao vivo • Áudio e vídeo interativos em tempo real Áudio e vídeo interativos em tempo real permite que os usuários usem áudio/vídeo para se comunicar entre si em tempo real. Voz e vídeo interativos em tempo real impõem rígidas limitações ao atraso de pacote e à variação de atraso do pacote. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Características dos serviços multimídias Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Suscetibilidade das aplicações em relação as métricas clássicas (considerando-se a confiabilidade como um reflexo das perdas) de QoS. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Linha de tempo para o atraso nos serviços de voz Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Características de tráfego Os tráfegos de dados, voz e vídeo possuem características distintas. O tráfego de dados, geralmente, é gerado em rajadas, é relativamente pouco sensível a atraso, mas é sensível a perdas. Por outro lado, tráfegos em tempo real, como vídeo e voz, são sensíveis a atraso, mas são mais tolerantes a perdas. Em geral o tráfego de voz não é gerado em rajadas e necessita de pouca banda, ao contrário de vídeo, que consome muita banda e geralmente tem o tráfego se comportando em rajadas. Essa diversidade nas características dos tráfegos e conseqüentemente suas diferenças na necessidade de QoS indica que os tráfegos devem ser tratados de maneira diferenciada e divididos em classes de prioridade que reflitam estes atributos. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Maioria das redes IP atuais • Usa o protocolo IP conforme definido originalmente: Não suporta QoS (Qualidade de Serviço). • Adota o modelo de serviço BEST EFFORT: O primeiro pacote a chegar será o primeiro a ser atendido. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Futuro das redes IP • Futuro: Internet da próxima geração com garantias de QoS Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Objetivos de QoS • Redes Convergentes • Permitir que uma única tecnologia de rede possa ser utilizada para prover todos os tipos de serviços. • SLA (Service Level Agreements) • Diferenciar usuários e serviços de acordo com contratos pré-estabelecidos. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Objetivos do QoS • Controle sobre os recursos – Privilegiar aplicações mais importantes (rentáveis) na rede. • Garantir o funcionamento de aplicações sensíveis a atraso – Por exemplo, evitar que o tráfego Web introduza atraso para aplicações de VoIP. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.2 Mecanismos de identificação de tráfego em uma rede IP Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Oferecendo QoS em Redes IP Para a atribuição de prioridade aos tráfegos, estes necessitam ser identificados e marcados. Estas duas tarefas são geralmente referenciadas como classificação do tráfego. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Classificação de tráfego em uma rede IP • A identificação dos pacotes é feita de acordo com regras para descriminação de fluxo. • As regras comumente utilizadas são: • Interface do dispositivo • IP origem • IP destino • Tipo de Protocolo • TOS (IPv4) • Flow Label (IPv6) • Porta origem • Porta destino Transporte Rede Enlace Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Campo TOS do IPv4: Tipo de Serviço Bit Prioridade 000 Muito Baixa 001 Baixa .. Maximizar confiabilidade 111 Muito Alta PayLoad IP Header TOS Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.3 Classes de Serviço Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Diagrama de interações dos conceitos de QoS - Usuário e rede Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Classes de atrasos para os serviços de Internet (ITU-T) Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.4 Marcação de Tráfego Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego em alguma classe Usuário declara o perfil de tráfego (ex., taxa e tamanho das rajadas) Tráfego é medido e ajustado se não estiver de acordo com o seu perfil (regulado) Classificação de tráfego Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Marcação de pacote no roteador de borda Possíveis marcações: Marcação baseada em classe: pacotes de diferentes classes marcados de modo diferente Pacote é marcado no campo Tipo de Serviço (ToS) no IPv4, e Classe de Tráfego no IPv6 Marcação intraclasse: porção de fluxo em conformidade marcada de modo diferente daqueles em não conformidade Perfil pré-negociado: taxa e tamanho das rajadas Marcação do pacote no roteador de borda baseada no perfil por fluxo Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Classificação de tráfego Identificador Regulador Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.5 IntServ e DiffServ Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Padrões do IETF para oferecer QoS • Novos padrões estão sendo definidos para suportar duas estratégias de QoS, quais sejam: • Serviços integrados (IntServ) • Serviços diferenciados (DiffServ) Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Padrões do IETF para oferecer QoS Preocupações com Intserv: Escalabilidade: sinalização, é difícil manter o estado do roteador por fluxo com grande número de fluxos Modelos de serviço flexíveis: Intserv possui apenas duas classes. Também quer classes de serviço “qualitativas” “Comporta-se como um fio” Distinção de serviço relativo: Platina, Ouro, Prata Abordagem Diffserv: Funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou hospedeiros) Não define classes de serviço, fornece componentes funcionais para construir classes de serviço Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Serviços integrados Intserv do IETF Arquitetura para prover garantias de QoS em redes IP para sessões individuais de aplicações Reserva de recursos: roteadores mantêm informação de estado dos recursos alocados, requisições de QoS Admite/recusa novas requisições de estabelecimento de chamada Questão: um fluxo recém-chegado pode ser admitido com garantias de desempenho enquanto não violar as garantias de QoS feitas aos fluxos já admitidos? Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Intserv QoS: modelos de serviço Serviço garantido: Pior caso de chegada de tráfego: fonte policiada por leaky bucket Simples (matematicamente demonstrável), limitado no atraso Serviço de carga controlada: “A qualidade do serviço aproxima-se do QoS que o mesmo fluxo receberia de um elemento da rede sem carga." Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Roteador de borda: Gerenciamento de tráfego por fluxo Marca os pacotes com no perfil e fora de perfil Roteador de núcleo: Gerenciamento de tráfego por classe Armazenamento em buffer e escalonamento baseado na marcação na borda Preferência dada aos pacotes no perfil Encaminhamento garantido Arquitetura dos serviços deferenciados Diffserv Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Classificação de tráfego nos roteadores de borda Identificador Marca com um DS (Differenciated Service) Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.6 Políticas de Qualidade de Serviço (Traffic Shapping e Enfileiramento) Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Qualidade de Serviço - QoS • QoS é uma garantia oferecida pela rede que certos parâmetros serão mantidos entre níveis pré-acordados. • Os principais parâmetros de QoS são: – Atraso – Jitter: variação no Atraso – Taxa de transmissão – Taxa de Perda de Pacotes Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Equipamentos e componentes de rede envolvidos na Qualidade de Serviço (QoS) Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda A QoS é garantida pela rede, seus componentes e equipamentos utilizados. Do ponto de vista dos programas de aplicação, a QoS é tipicamente expressa e solicitada em termos de uma "Solicitação de Serviço" ou "Contrato de Serviço". A solicitação de QoS da aplicação é denominada tipicamente de SLA (Service Level Agreement). Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Qualidade de Serviço (QoS) Internet QoS em Enlace QoS na Camada de Rede QoS na Camada de Transporte QoS na Camada de Aplicação QoS refere-se a capacidade de criar um caminho com banda e tempo de atraso garantidos entre dois pontos da rede. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda QoS: Rede ou Enlace? • Na camada de Enlace: • Redes Síncronas: • SDH (combinação de canais de banda constante) – Redes Assíncronas: • ATM: Permite Reservar Recursos Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda QoS: Rede ou Enlace? • Na camada de rede: • IP: Permite implementar a qualidade de serviço fim a fim independente da tecnologia de enlace. • Implementado com ou sem sinalização. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Princípios para garantias de QoS Exemplo: 1 Mbps para telefonia IP, FTP compartilha um enlace de 1,5 Mbps Rajadas de FTP podem congestionar o roteador, causando perda de áudio Quer dar prioridade ao áudio sobre FTP Princípio 1 Marcação dos pacotes é necessária para o roteador distinguir entre diferentes classes; assim como novas regras de roteamento para tratar os pacotes apropriadamente. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Princípios para garantias de QoS Aplicações malcomportadas (áudio envia pacotes numa taxa superior à taxa declarada) Policiamento: força as fontes a aderirem às alocações de largura de banda Marcação e policiamento na borda da rede Princípio 2 Fornecer proteção (isolação) para uma classe em relação às demais. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Princípios para garantia de QoS Alocando largura de banda fixa (não compartilhável) para o fluxo: uso ineficiente da banda se o fluxo não usar sua alocação Princípio 3 Embora fornecendo isolação, é necessário usar os recursos da forma mais eficiente possível. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Princípios para garantia de QoS Fato básico de vida: não pode suportar demandas de tráfego além da capacidade do enlace Princípio 4 Admissão de chamada: fluxo declara suas necessidades, a rede pode bloquear a chamada (ex., sinal de ocupado) se ela não puder encontrar as necessidades. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Resumo dos princípios de QoS QoS para aplicações em redes cl as si fi ca çã o d e p ac ot e s is ol aç ão : pr og ra m aç ão e p ol ic ia m e nt o al ta e fi ci ê nc ia d e u ti li za çã o ad m is sã o d e c h am ad as A seguir veremos os mecanismos para alcançar isso …. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Arquiteturas para QoS • As arquiteturas de QoS envolvem 3 elementos: 1. Técnicas para implementar QoS em um nó da rede. 2. Técnicas de sinalização de QoS, para informar aos vários nós da rede como proceder na passagem de um fluxo. 3. Funções para gerenciamento, política e contabilização do QoS de uma rede como um todo. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Mecanismos de escalonamento Escalonamento: escolhe o próximo pacote para enviar no enlace Escalonamento FIFO (first in first out): envia em ordem de chegada para a fila Exemplo do mundo real? Política de descarte: se o pacote chega e a fila está cheia: quem descartar? Descarta extremidade: descarta pacote que chega Prioridade: descarta/remove com base em prioridade Aleatório: descarta/remove aleatoriamente Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Enfileiramento FIFO • Trata as variações de tráfego através de uma fila, mas não utiliza nenhumtipo de prioridade • Modelo Best-Effort FILA INTERNA NO ROTEADOR LINK A (rede local: 100 Mbps) LINK B (rede WAN: 1 Mbps) LINK A > LINK B Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Enfileiramento com Prioridade Fila de saída Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Weighted fair queuing (WFQ) (Enfileiramento justo ponderado) • Efetua classificação do tráfego por fluxo – Endereço IP de origem e destino – Portas de origem e destino – Tipo de protocolo • Os fluxos são armazenados num número configurável de filas – Fluxos de baixo volume, que são a grande maioria do tráfego, recebem um serviço preferencial. – Fluxos de alto volume, dividem o restante da banda de maneira proporcional entre eles. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Weighted fair queuing (WFQ) (Enfileiramento justo ponderado) Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda DiffServ apresentado em blocos funcionais Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Unid. V.7 Controle e Inibição de Congestionamento Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Técnicas para Evitar Congestionamento • Limitam o tamanho da filas através de um descarte preventivo. • RED: Randon Early Detection – Descarte randômico assim que o tamanho da fila atinge um limiar pré-definido. • WRED: RED ponderado – Leva em conta as informações de prioridade do campo TOS dos pacotes IP. Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda RED Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Em resumo Estruturas e tecnologias auxiliares para prover QoS em redes IP Especialização em Redes Convergentes Fundamentos de Comunicação e Redes - Prof. Raimir Holanda Obrigado pela atenção !
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